BCD半导体
BCD半导体 LED照明驱动解决方案
BCD半导体 LED照明驱动解决方案 半导体 照明驱动解决方案0BCD Semiconductor Manufacturing Limited 2008 All rights reservedAgendaBCD半导体公司及产品简介 AP3766, 低功率LED驱动电源解决方案 AP3968/69/70, 二合一集成驱动电源解决方案 AP3103+4313，两级中功率驱动电源解决方案 AP1662 / 1682, 单级高功率因数 LED驱动电源解决方案 AP1681, 可调光LED驱动电源解决方案1BCD Semiconductor Manufacturing Limited 2008 All rights reservedBCD 半导体公司概况上海新进半导体制造有限公司（简称BCD半导体）是一家数模混合集成电路 制造商（IDM），从事电源管理集成电路产品的设计研发、工艺制造和销售。
BCD半导体成立于2000年9月，总部位于上海。
在上海、深圳、台湾和美国硅 谷都设有销售办事处，销售代理商遍及全球。
年销售额超过一亿美金。
BCD半导体公司现有全职员工一千多人，其中从事设计和工程的技术团队近 300余人。
BCD 半导体拥有6英寸晶圆厂，可为客户提供采用先进的模拟IC设计和研发、 以及利用高阶的生产工艺（如Bipolar、CMOS、BiCMOS 和BCDMOS等）所 制造的电源管理产品。
2BCD Semiconductor Manufacturing Limited 2008 All rights reservedBCD半导体公司的产品及应用 半导体公司的产品及应用“Performance” Linear Regulator DC/DC Converter Differentiated Power Device Computer • Mother board • Notebook • Netbook • LCD Monitors AC/DC Converter Solutions Standard Hall IC / Fan Motor Driver Communication • Handset • Bluetooth Wi-Fi, GPS • DSL RouterConsumer • LCD TVs Power Supply • Charger • Adapter • PC PowerLinear RegulatorStandard Linear• Portable Device • Lighting • Digital Photo FrameBCD半导体为应用广泛的3C产品提供完整的电源解决方案，从线性稳压IC到 开关电源控制器IC等等； 作为全球领先的电源管理解决方案供应商之一，BCD半导体长期致力于高效 节能电源IC的研究与开发。
BCD工艺
2.2BCD工艺兼容性考虑[1]BCD工艺典型器件包括低压CMOS管、高压MOS管、各种击穿电压的LDMOS、垂直NPN管、垂直PNP管、横向PNP管、肖特基二极管、阱电阻、多晶电阻、金属电阻等；有些工艺甚至还集成了EEPROM、结型场效应管JFET等器件。
由于集成了如此丰富的器件，这就给电路设计者带来极大的灵活性，可以根据应用的需要来选择最合适的器件，从而提高整个电路的性能。
由于BCD工艺中器件种类多，必须做到高压器件和低压器件的兼容；双极工艺和CMOS工艺的相兼容，尤其是要选择合适的隔离技术；为控制制造成本，必须考虑光刻版的兼容性。
考虑到器件各区的特殊要求，为减少工艺制造用的光刻版，应尽量使同种掺杂能兼容进行。
因此，需要精确的工艺模拟和巧妙的工艺设计，有时必须在性能与集成兼容性上作折中选择。
通常BCD采用双阱工艺，有的工艺会采用三阱甚至四阱工艺来制作不同击穿电压的高压器件。
2.3DMOS器件的结构、工作原理与特点[2-5]功率输出级DMOS管是此类电路的核心，往往占据整个芯片面积的1/2～2/3，它是整个集成电路的关键。
DMOS与CMOS器件结构类似，也有源、漏、栅等电极，但是漏端击穿电压高。
DMOS主要有两种类型，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管VDMOSFET （verticaldouble-diffusedMOSFET）和横向双扩散金属氧化物半导体场效应管LDMOSFET（lateraldouble-dif fusedMOSFET）。
LDMOS 由于更容易与CMOS工艺兼容而被广泛采用。
LDMOS器件结构如图1所示，LDMOS是一种双扩散结构的功率器件。
这项技术是在相同的源/漏区域注入两次，一次注入浓度较大（典型注入剂量1015cm-2）的砷（As），另一次注入浓度较小（典型剂量1013cm-2）的硼（B）。
注入之后再进行一个高温推进过程，由于硼扩散比砷快，所以在栅极边界下会沿着横向扩散更远（图中P阱），形成一个有浓度梯度的沟道，它的沟道长度由这两次横向扩散的距离之差决定。
BCD工艺概述
BCD工艺概述1 引言BCD是一种单片集成工艺技术。
1986年由意法半导体（ST）公司率先研制成功，这种技术能够在同一芯片上制作双极管bipolar，CMOS和DMOS 器件，称为BCD工艺。
了解BCD工艺的特点，需要先了解双极管 bipolar，CMOS和DMOS器件这三种器件的特点，详见表1。
BCD工艺把双极器件和CMOS器件同时制作在同一芯片上。
它综合了双极器件高跨导、强负载驱动能力和CMOS集成度高、低功耗的优点，使其互相取长补短，发挥各自的优点。
更为重要的是，它集成了DMOS功率器件，DMOS可以在开关模式下工作，功耗极低。
不需要昂贵的封装和冷却系统就可以将大功率传递给负载。
低功耗是BCD工艺的一个主要优点之一。
整合过的BCD工艺制程，可大幅降低功率耗损，提高系统性能，节省电路的封装费用，并具有更好的可靠性。
2 BCD工艺关键技术简介2.1 BCD工艺的基本要求首先，BCD工艺必须把双极器件、CMOS器件和DMOS器件同时制作在同一芯片上，而且这三种器件在集成后应基本上能具有各自分立时所具有的良好性能；其次，BCD工艺制造出来的芯片应具有更好的综合性能；此外，相对于其中最复杂的工艺（如双阱、多层布线、多层多晶硅的CMOS工艺）不应增加太多的工艺步骤。
2.2 BCD工艺兼容性考虑[1]BCD工艺典型器件包括低压CMOS管、高压 MOS管、各种击穿电压的LDMOS、垂直NPN管、垂直PNP管、横向PNP管、肖特基二极管、阱电阻、多晶电阻、金属电阻等；有些工艺甚至还集成了EEPROM、结型场效应管JFET等器件。
由于集成了如此丰富的器件，这就给电路设计者带来极大的灵活性，可以根据应用的需要来选择最合适的器件，从而提高整个电路的性能。
由于BCD工艺中器件种类多，必须做到高压器件和低压器件的兼容；双极工艺和CMOS工艺的相兼容，尤其是要选择合适的隔离技术；为控制制造成本，必须考虑光刻版的兼容性。
bcd工艺中npn和pnp结构
bcd工艺中npn和pnp结构
在电子工艺中，npn和pnp结构是两种常见的三极晶体管结构。
1. npn结构：npn结构是指晶体管的三个层次依次排列为一层
n型材料、一层p型材料和一层n型材料。
在这种结构中，n
代表了受控区（即集电极），p代表了基区，另一层n代表了
发射区（即发射极）。
当电流通过基极时，它在发射极和集电极之间形成一个电流通路。
npn结构的晶体管常用于放大和开
关电路中。
2. pnp结构：pnp结构是指晶体管的三个层次依次排列为一层
p型材料、一层n型材料和一层p型材料。
在这种结构中，p
代表了受控区（即集电极），n代表了基区，另一层p代表了
发射区（即发射极）。
当电流通过基极时，它在集电极和发射极之间形成一个电流通路。
pnp结构的晶体管常用于放大和开
关电路中，与npn结构相比，其电流流向和电压极性相反。
总结来说，npn和pnp结构是晶体管的两种常见结构，它们在
结构上有所差异，但都用于电子器件中的放大和开关电路。
BCD工艺
耗的优点，使其互相取长补短，发挥各自的优点。
更为重要的是，它集成了DMOS功率器件，DMOS可以在开关模式下工作，功耗极低。
不需要昂贵的封装和冷却系统就可以将大功率传递给负载。
低功耗是BCD工艺的一个主要优点之一。
整合过的BCD工艺制程，可大幅降低功率耗损，提高系统性能，节省电路的封装费用，并具有更好的可靠性。
2BCD工艺关键技术简介2.1BCD工艺的基本要求首先，BCD工艺必须把双极器件、CMOS器件和DMOS器件同时制作在同一芯片上，而且这三种器件在集成后应基本上能具有各自分立时所具有的良好性能；其次，BCD工艺制造出来的芯片应具有更好的综合性能；此外，相对于其中最复杂的工艺（如双阱、多层布线、多层多晶硅的CMOS工艺）不应增加太多的工艺步骤。
2.2BCD工艺兼容性考虑[1]BCD工艺典型器件包括低压CMOS管、高压MOS管、各种击穿电压的LDMOS、垂直NPN管、垂直PNP管、横向PNP管、肖特基二极管、阱电阻、多晶电阻、金属电阻等；有些工艺甚至还集成了EEPROM、结型场效应管JFET等器件。
由于集成了如此丰富的器件，这就给电路设计者带来极大的灵活性，可以根据应用的需要来选择最合适的器件，从而提高整个电路的性能。
由于BCD工艺中器件种类多，必须做到高压器件和低压器件的兼容；双极工艺和CMOS工艺的相兼容，尤其是要选择合适的隔离技术；为控制制造成本，必须考虑光刻版的兼容性。
考虑到器件各区的特殊要求，为减少工艺制造用的光刻版，应尽量使同种掺杂能兼容进行。
因此，需要精确的工艺模拟和巧妙的工艺设计，有时必须在性能与集成兼容性上作折中选择。
通常BCD采用双阱工艺，有的工艺会采用三阱甚至四阱工艺来制作不同击穿电压的高压器件。
2.3DMOS器件的结构、工作原理与特点[2-5]功率输出级DMOS管是此类电路的核心，往往占据整个芯片面积的1/2～2/3，它是整个集成电路的关键。
DMOS与CMOS器件结构类似，也有源、漏、栅等电极，但是漏端击穿电压高。
半导体材料基础_基本特性
为直接跃迁。相当于电子由价带竖直地跃迁到导带，所以也
称为垂直跃迁。对应的材料为直接带隙半导体。k = k'+ hv
间接跃迁
c
若导带底和价带顶位于k空间的不同位置，则任
何竖直跃迁所吸收的光子能量都应该比禁带宽
度大。但实验指出，引起本征吸收的最低光子
能量还是约等于Eg。
——推论：除竖直跃迁，还存在另一类跃迁过
激子吸收不会改变半导体的导 电性。
Eenx
=
1
2 r
m* m
13.6 n2 (eV )
iii) 杂质吸收
杂质可以在半导体的禁带中引入杂质能级，占据杂质 能级的电子或空穴的跃迁可以引起光吸收，这种吸收 称为杂质吸收，可以分为下面三种类型： a.吸收光子可以引起中性施主上的电子从基态到激发 态或导带的跃迁； b.中性受主上的空穴从基态到激发态或价带的跃迁； c.电离受主到电离施主间的跃迁；
自由载流子吸收也需要声子参与， 因此也是二级过程，与间接跃迁过 程类似。但这里所涉及的是载流子 在同一带内不同能级间的跃迁。
自由载流子吸收不会改变半导体的 导电性。
v) 子带间的跃迁
电子在价带或导带中子带（sub-band）之间的跃迁。 在这种情况下，吸收曲线有明显的精细结构，而不同 于由自由载流子吸收系数随波长单调增加的变化规律 。
由于杂质能级是束缚态，因而动量没有确定的值，所 以不必满足动量守恒的要求，因此跃迁几率较大。
杂质吸收的长波长总要长于本征吸收的长波长。杂质 吸收会改变半导体的导电性，也会引起光电效应。
电子在杂质能级及杂质能级与带间的跃迁
浅能级杂质：红外区 深能级杂质：可见、紫外区
iv) 自由载流子吸收
当入射光的波长较长，不足以引起 带间跃迁或形成激子时，半导体中 仍然存在光吸收，而且吸收系数随 着波长的增加而增加。这种吸收是 自由载流子在同一能带内的跃迁引 起的，称为自由载流子吸收。（准 连续、长波长段）
BCD工艺综述
BCD工艺及发展状况综述摘要：随着市场对低功耗、高效率节能功率电子产品需求的不断扩展，单芯片智能功率集成电路(SPIC）得到了迅猛发展。
目前，SPIC的制造主要采用一种称为BCD(Bipolar CMOS DMOS）的集成工艺技术，本文根据实际工艺的电压标准着重阐述了高压BCD、大功率BCD 以及高密度BCD工艺的各自特点及发展标准，同时介绍了世界知名IC制造厂商的并阐述了BCD工艺整体的发展特点及趋势.关键词:SPIC功率集成技术BCD工艺1、引言智能功率集成电路（SPIC）是指将高压功率器件及低压信号处理电路和外围接口、检测、保护等功能电路集成到单芯片上的集成电路技术.SPIC的发展依赖于目前最重要的功率集成技术——BCD工艺，BCD工艺的特点是将硅平面工艺用到功率集成上，该工艺是一种可以将双极、CMOS和DMOS器件同时集成到单芯片上的技术,1986年，由意法半导体公司率先研制成功了第一代BCD工艺，当时的技术被称为Multipower BCD technology[1]，是一种4μm 60V工艺，在传统结隔离双极工艺中整合进了纵向DMOS（VDMOS)结构，该工艺采用了12张掩膜版，其工艺截面结构如图1所示：图1 ST公司的第一代BCD工艺集成器件剖面图［1]在功率应用领域，与传统的双极功率工艺相比BCD工艺具有显著的优势，最基本的优势就是使得电路设计者可以在高精度模拟的双极器件,高集成度的CMOS器件和作为功率输出级的DMOS器件之间自由选择.由于DMOS具有高效率(低损耗)、高强度（无二次击穿）、高耐压、固有的源漏二极管的存在(作用类似续流二极管）和高速的开关特性，因此，DMOS 特别适合作为功率开关器件,而且其制造工艺可以和和硅栅CMOS制造工艺兼容，从而有利于功率集成。
整合好的BCD工艺可大幅降低功耗，提高系统性能，增加可靠性和降低成本.经过近三十年的发展，BCD工艺技术已经取得了很大进步，从第一代的4μm BCD工艺发展到了第六代0.13μm BCD工艺，线宽尺寸不断减小的同时也采用了更先进的多层金属布线系统，使得BCD工艺与纯CMOS工艺发展差距缩小；另一方面，BCD工艺向着标准化模块化发展，其基本工序标准化，混合工艺则由这些基本工序组合而成,设计人员可以根据各自的需要增减相应的工艺步骤.当今BCD工艺中的CMOS与纯CMOS完全兼容，现有的图形单元库可以直接被混合工艺电路调用。
什么是半导体制冷技术
什么是半导体制冷技术
半导体制冷技术是一种通过半导体材料来实现制冷的技术。
传统的制冷技术主
要包括压缩式制冷和吸收式制冷，而半导体制冷技术作为一种新型的制冷方式，具有独特的优势和应用前景。
工作原理
半导体制冷技术是利用半导体材料在电场作用下产生的热电效应来实现制冷的。
当半导体材料处于温差环境中，两侧形成了热电偶，施加电场时，通过Peltier效
应在两个半导体之间将热量转移，从而实现制冷效果。
这种制冷方式不需要制冷剂，无振动和噪音，具有高效、环保的特点。
应用领域
半导体制冷技术在各个领域有着广泛的应用。
在医疗行业中，可以用于冰盒、
输液冷却等应用；在电子行业中，可以用于激光器、半导体元件等的冷却；在航空航天领域，可以用于卫星的冷却等。
由于其小巧、高效、可靠的特点，半导体制冷技术被预测将在未来有更广泛的应用。
发展趋势
随着技术的不断发展，半导体制冷技术也在不断完善和拓展应用。
未来，随着
半导体材料的研究和性能的提升，半导体制冷技术有望在更多领域取代传统制冷技术，为人们的生活带来更多便利和创新。
总的来说，半导体制冷技术作为一种新型的制冷方式，具有广阔的应用前景和
发展空间。
随着科技的进步，相信半导体制冷技术将在未来得到更广泛的应用和推广。
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AP3706 应用于PAR30/PAR38 (7W/10W LED)-2
1 C1 2 C2 3 C3 4 C4 5 C5 6 C6 7 C8 78 C9 9 D1 10 D2 11 D3 12 D4 13 D5 14 D6 15 D7 16 L1 17 Q1
4.7uF/400V 18 FR1
4.7uF/400V 19 R1
L6561
L6562
AP1661
11-18V
10.3-22V
10.3-20V
20V
25V
22V
±400mA +600mA/-800mA +600mA/-800mA
NO
15V
13V
0V
0V
720mV
no
yes
yes
Samples Soon
18
THD(%)
AP1661 与L6562 THD 值的对比
12 10
BCD半导体 高亮度LED驱动
1
内容介绍
q LED灯介绍 q LED驱动驱动需求与BCD驱动方案 q AC/DC LED驱动方案 q DC/DC LED驱动方案
2
各类光 效
3
灯光源的发展展望
4
LED 驱动需求
大功率LED趋势:
• LED电流(20mA 至2A)、 高效率( 60-200 lumens/W)、 亮度可调等
电流能力可达900 mA;
应用
• 6~15W的LED Lighting • PAR30\PAR38等 • 草坪灯等
22
DC/DC
LED驱动方案
23
AP3003 驱动方案应用
特点
• 输入电压最高可达40V； • 输出驱动电流可达3A； • 低功耗待机模式，IQ典型值 80µA ； • 内置限流保护和过温关断输出保护功
BCD驱动方案
LED的驱动需求
BCD的应用方案
90~264VAC的输入电压范 AP3706
围，恒流驱动，热保护温度 （1~15W）；
补偿等
AP3101+AP4313
（15W以上）
6VDC to 36VDC的输入电 压，低待隙基准以减少电流 AP3003 检测损耗；
Байду номын сангаас
2.7VDC to 5VDC的输入电 AP3605；AP3602
Output current Load voltage Settling Time
(>90%) Standby Power Dissipation
Efficiency
Turn on delay time Short Circuit Protection
Typ Typ Max Max Max
Max
Max
APT13003 / BCD TO-92: 小于5W
TO-126：大于5W
9
AP3706 应用于GU10/E27 (3W LED)-1
GU10的原理图 10
AP3706 应用于 GU10/E27 (3W LED)-2
11
AP3706 应用于PAR30/PAR38 (7W/10W LED)-1
PAR30/PAR38 原理图 12
32 R16
1.5mH
33 T
APT13003
1Ohm/1W 510K 20R 100K 300R 1.8R 2.7K 5.6M 510K 475K 4.75R 1K 300K 16K 7.5K EE16
Demo
变压器匝比及感量： • Nau 44T • Np 120T Lp=2.2mH • Nfb 14T • Ns 30T
68
66
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260
Line Voltage (V)
效率波形
0.30
No load (Po=0W)
0.25
0.20
0.15
0.10 100 120 140 160 180 200 220 240 260
Line Voltage (V)
输入功率曲线(空载条件)
PAR30灯杯
景观灯
投射灯
柱灯
7
AP3706 / BCD
应用电路对比
高性价比 方案
前端反馈，节省 光偶，成本低
后端反馈电路 成本高、电路复杂
与匝比决定 输出电压
与匝比结合决 定输出电流
TNY264 / PI
8
1~15W LED应用电路
AP3706 / BCD
与匝比决定 输出电压
与匝比结合决 定输出电流
动；
应用
• 1~4W的LED Lighting • 射灯类
21
其他AC/DC LED Lighting产品应用---AP3710
优势
• 具备跳频能力的电流控制型IC； • 低启动\工作电流: 0.25 mA\ 0.45mA • 具有抖频技术以抑制减少EMI; • 内置短路保护\UVLO功能； • 工作频率可达60KHZ,实现E极驱动,驱动
能； • TTL控制能力(ON/OFF);
恒压到恒流的转化
应用
• 指示灯 • 矿灯 • 车载类灯等
如何降低取样电阻功耗？
24
Thanks ! Q&A
25
应用
• 恒压恒流控制 • 开关电源 • 充电器
AS358
+
AS431
AP4313
=
20
其他AC/DC LED Lighting产品应用---AP3700
优势
• 具备跳频能力的电流控制型IC； • 具有抖频技术以抑制减少EMI; • 内置短路保护\UVLO功能； • 工作频率可达60KHZ,实现E极驱
Yes, < 1W EN55015 Conduction emission
>4dB; EN55022 radiation emission >4dB; IEC 1000-4-5, Surge Immunity Test, Level 3
Vout (V)
DEMO板外观
18
15
12
9
6
85Vac
265Vac
• 采用低成本的三极管替代 MOSFET
• 采用的PFM的工作方式 • 内置的过流、过压保护功能； • 采用抖频技术抑制EMI ； • 符合绿色节能要求，空载输入功率
小于0.3W;
应用
• 灯饰、照明等 • GU10\E27等规格灯杯 • PAR30\PAR38等规格灯杯
LED日光灯
GU10灯杯
E27灯杯
8 6 4 2 0
85
120 150 180 220 240 264 277 Input voltage(V)
AP1661 的 THD 与 L6562 兼容
AP1661 L6562
19
其他AC/DC LED Lighting应用产品---AP4313
优势
• 恒压恒流控制； • 内置高精度电压基准1.21V (精度: 1%); • 封装小(SOT-23-6)，可以节省更多空间
13
AP3706 应用于 13W LED (13v/1A)-1
AC Input Voltage Rated Output current Rated Output Voltage Open Circuit Voltage Output current overshoot Output Voltage Ripple Line and load Regulation for
Max Full Load Max
EMC
Min
规格要求及技术指标
85VAC~265VAC 1A
13.2V 24V 20% ±10%
±5%
500 ms (200msec preferred)
0.3W ≥75% from 110V AC to 230V
AC ＜1s from 110V AC to 230V AC
3
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Iout (A)
输出V/I曲线图
14
AP3706 LED 应用测试报告
输出电压电流波形
（高频扫描状态） 输出电压纹波波形 （低频扫描状态）
Efficiency(%) Input Power (W)
82
80
78
76
74
4LED
72
3LED
70
2LED
1LED
17
AP1661 与 L6561/L6562 参数对比
参数 VCC Operating Range
VCC Zener Voltage Totom Pole Output Current Gate Driver Output clamp voltage Error Amplifier Enable Threshold Internal THD improvement circuit
16
AP1661 Lighting应用
特点
• 具有更强的抗ESD(3kV HBM and 300V MM)
• 低启动电流,典型值50μA; • 图腾柱式输出600mA源电流和
800mA的Sink电流能力; • 驱动能力可达300W;
应用
• 较高功率 灯饰、照明等 • 整流器;
兼容ST的 L6561/L6562
15
AP3101 LED驱动应用
特点
• 具有跳频功能的电流控制性 PWM控制IC；
• 低启动和工作电流30μA/3mA • 内置的过流、过压保护功能； • 内置同步斜率补偿功能 ； • 具有UVLO\LEB功能; • 外置可设的工作频率;